Spektrogram Nedir?

Bir spektrogram, izleyiciye bir sinyalin veya sinyallerin frekans alanı içeriğinin (spektral içerik) zaman içinde nasıl değiştiğini veya ilerlediğini gösteren bir grafiktir. Zaman içinde toplanan/işlenen ve bir somun ekmek dilimleri gibi yan yana istiflenen spektrum izleri koleksiyonundan oluşur.

Her bir bireysel spektrum izi, her bir dilimin "tereyağı tarafında" yer alırken, izleyicinin spektrogram perspektifi, somunun tepesine bakıyor. Her dilimin üst "kabuğu", spektrum izinin frekans aralığı boyunca genlik/büyüklük varyasyonlarını temsil etmek için uçtan uca renk kodludur. Birlikte yığılmış dilimler ve aralık boyunca renk kodlu genlik ile, spektral aktivitenin zaman içindeki statik, dinamik ve geçici doğasını (ilk dilimden son dilime kadar) gözlemlemek kolaydır.

Spektrogram, yatay eksenin spektral içeriğin frekans aralığını temsil ettiği ve dikey eksenin zamanı temsil ettiği iki boyutlu bir çizimdir. Çizim, renkli piksel sıralarıyla doldurulur; her satır bir spektrum "dilimini" temsil eder ve tek tek piksel rengi, izin frekans aralığı boyunca her noktada izin büyüklüğünü temsil eder. Dikey zaman alanı ekseni, en son spektral iz (dilim) ekranın üst kısmında oluşacak ve "eski" dilimler bunun altında art arda sıralanacak şekilde yapılandırılabilir. Yeni spektral izler üstte göründüğü ve ardından zaman ilerledikçe aşağıya doğru kaydırıldığı için buna genellikle şelale görüntüsü denir. Zaman ekseni tersine çevrildiğinde, en yeni spektral izler altta görünecek şekilde kalır buna ise ters şelale konfigürasyonu denir.

Temel Spektrum İşleme

Hemen hemen tüm spektrogramların, zaman içinde toplanan ve bir tür ayrık Fourier Dönüşümü (genellikle Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT) veya Chirp-Z Dönüşümü (CZT)) kullanılarak hesaplanan ham verilere dayanan spektrum izlerinden oluşur. Kullanılan dönüşüm ne olursa olsun, her bir FFT/CZT için kullanılan, elde edilen verilerin zaman-süresi “spektrum-zaman” olarak adlandırılır. Spektrum süresi, spektrum izlerinin frekans çözünürlüğü veya Çözünürlük Bant Genişliği (RBW) ile ters orantılıdır. Daha dar RBW ayarları, daha uzun spektrum sürelerine neden olur. Örneğin, 100 kHz RBW'ye sahip bir spektrum izi, 22,3 mS'lik bir spektrum süresi (yakalama uzunluğu) gerektirebilirken, 10 kHz'lik bir RBW, 223 mS'lik bir spektrum süresi gerektirebilir. Spektrogramların nasıl oluşturulduğuna bakmak söz konusu olduğunda, spektrum-zaman kavramını anlamak faydalıdır.

Spektrogram Çeşitleri,

İki ana spektrogram türü vardır - süreksiz tür ve sürekli tür. Bu iki tür, verilerin spektrogramda nasıl elde edildiğini, işlendiğini ve görüntülendiğini ifade eder.

İlk spektrogram türü, süreksiz türdür. Süreksiz bir spektrogramdaki spektrum "dilimleri" teker teker eklenir ve her bir "dilim" yeni bir veri anlamına gelir. Temel olarak, bir "spektrum-zaman" değerinde veri elde edilir, spektrum izini oluşturmak için bir FFT gerçekleştirilir ve bu, spektrograma eklenir. Bu işlem sonunda spektrograma daha fazla dilim eklemek için tekrarlanır. Kesintisiz spektrogram türü, en iyi şekilde spektral geçmişin bir "şerit-grafik kaydı" olarak tanımlanabilir. Spektrogramdaki spektrum dilimlerinin her biri arasında zaman boşlukları olacaktır. Zaman aralığının süresi, tetikleme aralığı, yakalama uzunluğu, işleme süresi, RBW ayarı, vb. dahil birçok şeyin bir fonksiyonu olacaktır. Süreksiz bir spektrogram, nispeten uzun vadeli eğilimleri ve spektral aktivitedeki değişiklikleri gözlemlemek için en uygun olanıdır.

İkinci tür spektrogram sürekli türdür. Bu tür bir spektrogram, birden çok ardışık edinimden ziyade tek, zamansız bir edinim kaydından oluşturulur. Sürekli spektrogram, yalnızca yakalama uzunluğu spektrum uzunluğunu (veya spektrum süresini) aştığında kullanılabilir. Bu koşul karşılandığında, spektrogram dilimleri, FFT spektrum-zamanını kusursuz edinim kaydı boyunca hareket ettirerek, spektrumları spektrogramdaki dilimleri doldurma yolu boyunca düzenli aralıklarla hesaplayarak oluşturulur. Çoğu durumda bu, ardışık FFT sonuçlarının, bitişik FFT sonuçlarına dahil edilen zaman alanı verilerinden hesaplanabileceği anlamına gelir. Bu "örtüşme" olarak bilinir. Örtüşme miktarı arttıkça, belirli bir zaman periyodu içindeki bireysel spektrum dilimlerinin sayısı da artar. Bazı uygulamalarda, kullanılan örtüşme miktarı, mevcut spektrogram alanını doldurmak için otomatik olarak hesaplanır. Diğer uygulamalar, kullanıcıya istenen bir spektrum dilimden dilime zaman aralığını elde etmek için örtüşmeyi ayarlama yeteneği verir. Spektral içeriğin ne sıklıkta veya ne kadar hızlı değiştiği ve genel edinim uzunluğu, hangi örtüşme seviyesinin en yararlı olabileceğini belirleyecektir. Daha fazla örtüşme, size her bir spektrum dilimi arasında daha kısa bir zaman aralığı sağlar ve belirli bir zaman dilimindeki dilim sayısını artırır. Yüksek düzeyde örtüşmenin dezavantajı, spektrogramın dikeyinde (zaman alanı ekseni) "bulaşmadır" çünkü aynı zaman alanı örnekleri bitişik spektrum dilimlerinde kullanılır.

Uygulama Örnekleri

Spektrogramlar, bir dizi farklı Tektronix donanım ve yazılım platformunda mevcuttur. Her platformun spektrogramlar için kendine özgü özellikleri vardır.

MDO

MDO, 3 Serisi MDO'nun yanı sıra daha eski MDO3000 ve MDO4000 serisi cihazları içerir. Tüm bu cihazlarda, sunulan spektrogram, ters şelale konfigürasyonunu (altta en yeni spektrum dilimleri) kullanan süreksiz tiptir (yakalama bir dilim oluşturulur). Süreksiz spektrogram türü göz önüne alındığında, spektrogramın gövdesindeki spektral aktiviteyi edinmedeki diğer zaman alanlı olaylarla ilişkilendirme yeteneği yoktur. Bu spektrogram, esasen uzun vadeli bir spektral aktivite izleme işlevi görür

Spektrum Görünümü

4, 5 ve 6 Serisi MSO cihazları, Spektrum Görünümü SV-RFVT seçeneğinin (RF - Zaman seçeneği) bir parçası olarak spektrogramlar içerir. Bu spektrogram, şelale konfigürasyonunu (en üstte en yeni dilimler) kullanan sürekli tiptir. Bu spektrogram, şelale konfigürasyonunu (en üstte en yeni dilimler) kullanan sürekli tiptir. Spektrogramın çalışması için kapsam ediniminin spektrum süresinden daha uzun olması gerekir. Spektrum Görünümü, spektrogramın tahsis edilen görüntüleme alanını doldurması için FFT örtüşmesini otomatik olarak ayarlayacaktır. Spektrogram görüntüleme alanı ayarlanırsa, örtüşme yeni alanı dolduracak şekilde ayarlanacaktır. Bu uygulama, zaman-kesintisiz spektrogramın her zaman tüm zaman-alan dalga biçimleri ve gösterimleri ile zaman bağıntılı olmasını sağlar, bu da belirli spektral olayları tüm kanallardaki diğer zaman-alan etkinliğiyle ilişkilendirmeyi kolaylaştırır. İmleç işlevselliği, iki imleç konumunun her birinde spektral "dilim" görüntüleme yeteneği sağlayarak geliştirilmiştir. Normal spektrum zaman konumu ile birlikte, zaman içindeki üç ayrı konumdan gelen spektral aktivite eş zamanlı olarak görüntülenebilir ve karşılaştırılabilir. Bu işlevsellik her kanalda mevcuttur.

SignalVu/RSA

Tektronix Gerçek Zamanlı Spektrum Analizörlerinin (RSA'lar) yanı sıra USB-RSA'ların yanı sıra MDO4000B/C ve 5/6 Serisi MSO'larla çalışabilen SignalVu-PC uygulamasının tümü, standart bir özellik olarak bir spektrogram ekranına sahiptir. Bu spektrogram hem süreksiz hem de sürekli tip olarak işlev görebilir. Yakalama/analiz uzunluğu, spektrum süresinin 2 katından daha kısa olduğunda veya açıklık, gerçek zamanlı bant genişliğinden daha büyük olduğunda, spektrogram süreksiz modda çalışır. Yakalama /analiz uzunluğu spektrum süresinin iki katını aştığında, sürekli mod eklenir. Daha fazla alım yapıldıkça, önceki alımlardan gelen sürekli spektrogramlar, süreksiz tipe çok benzer şekilde spektrogramda istiflenir. Başka bir deyişle, bu ürünler size sürekli spektrogramların geçmiş kaydını verir. Sürekli spektrogram için FFT örtüşmesi bu platformda kullanıcının kontrolü altındadır. Büyük miktarlarda örtüşme kullanıldığında, spektrum dilimlerinin sayısının mevcut görüntüleme alanını aşmasıyla sonuçlandığında, kullanıcının spektrogramda istenen herhangi bir alana gitmesine izin vermek için bir kaydırma çubuğu eklenir.